Chapitre 2 - cytokinines PDF

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Chap 1 : Les Auxines

UE : RÉGU PHYSIO PLANTES

UE RÉGULATEUR DE LA PHYSIOLOGIE DES PLANTES !

CHAPITRE 2 : Les cytokinines La cytokinines est découverte à partir de l’absence de division de cellules végétales mise en culture.! Gottlieb Haberland donne la première preuve expérimentale d’un contrôle de la nature chimique de la division cellulaire. ! 1913 : cellules parenchymateuses de pommes de terre -> «" la sève phloémienne" » stimule la division cellulaire (avec retour à l’état méristématique) ! 1941 J. Van Overbeek utilise des mélange naturels embryonnaires ! -> le lait de coco à le même effet ! -> extraits d’ovule de Datura : même effet! 1954 J. Jablonski et Skoog ! -> les tissus vasculaires stimulent la division cellulaire (ils contiennent des composés capables de stimuler la division cellulaire) ! 1955 Miller teste diverses substances dont le acides nucléiques. ! Il découvre un produit de dégradation de l’ADN contenant une substance active dans la promotion de la division cellulaire.! -> à parti de 500g de sperme de hareng dénaturé à l’autoclave. ! La kinétine joue un rôle dans la cinèse, ou division cellulaire ! -> jamais isolée à partir d’extraits végétaux ou de lait de coco ! -> ce n’est pas un régulateur de croissance naturel = cytokinine artéfactuelle ! $ $ $ -> cytokinines sous forme conjuguée = les glycosides ! kinétine = N6-furfuryladéni! !

LA ZÉATINE : LA PREMI!RE CYTOKININE NATURLELLE ! $ Découvert en simultané par Miller (1961) et Letham (1963) à partir de mais immatures, ils isolent la zéatine. ! $ Nature chimique : cis et trans-zéatine (peu et très active). La Zeatin est une cytokinine naturelle, cette substance possède les mêmes propriétés que la kératin.!

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Chap 1 : Les Auxines

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AUTRES MOLÉCULES À ACTIVITÉ CYTOKININE! • La BAP (N6-Benzylamino purine) ou BA (N6-Benzladenine) sont des cytokinines de synthèse composé d’un cycle benzénique, ils sont couramment utilisé en laboratoire et leur production est peu couteuse.! • La diphénylurée (DPU) = première cytokinine de type phénylurée identifiée, molécule stable (molécule analogue CPPU et TDZ) ! Son mode d’action est l’inhibition de l’activité cytokinine oxydase (CKO), s’oppose au catabolisme des cytokinines, la nécessité d’une réponse comparable à celle induite par l’application de cytokinines exogènes. ! C’EST MOLÉCULE NE POSSÈDENT PAS DE RÉELLE ACTIVITÉ CYTOKININE.

LES CYTOKININES! Définition : La cytokinine est une phytohormone de la plante, il existe environ 200 cytokinines identifiés et isolés. Il existe une cytokinine de synthèse nommé la kinetine : substance artificielle ou cytokinine artéfactuelle. La kinetine jour un rôle dans la cinèse et ou dans la division cellulaire. Leur formule est à la base d’adénine substituée avec un noyau purine (position 6 du cycle pas un H mais un branchement vers un autre groupement). C’est une substance qui en présence d’une concentration optimale d’auxine provoquent la division cellulaire (réf : cellule de la moelle de tabac) ! Folk SKOOG réalise une culture de tissus de tabac à base de fragment de tige, il remarque : !

- cellules de moelle de tabac + AIA = UN GRANDISSEMENT CELLULAIRE ! - cellules de moelle de tabac + AIA + lait de coco = UN GRANDISSEMENT CELLULAIRE + RECLOISONNEMENT !

On remarque que, l’absence de cytokinine et d’auxine dans le témoin montre un développement cellulaire normal avec des cellules de la même taille. L’échantillon ne contenant uniquement de l’auxine montre des cellules de tailles différentes mais plus grosse que celle témoin. ! Dans l’échantillon contenant de l’auxine et de la cytokinine possède des cellules géante (action de l’auxine) et des recloisonnements (action de la cytokinine).! NE PAS CONFONDRE LES CYTOKININES ! = substances solubles (protéines ou glycoprotéines) de communication synthétisée par les lymphocytes T ou par d’autres cellules et qui peuvent avoir des actions paracrine (cellules proches), endocrine (cellule distante), juxtacrine (cellule de contact), trécrine (cellule très proche) ou autorise (sur la cellule productive). !

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Chap 1 : Les Auxines

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LIEU DE SYNTHÈSE ET TRANSPORT DES CYTOKININES ! Les cytokinines sont synthétisées sur place ou transportées passivement, les sites principaux sont les tissus où la division est actives. ! $ - les racines (pointe racinaire) ! $ - embryon, très jeunes feuilles et fruits! IDENTIFICATION DES TRANSPORTEURS (transport et translocation) ! Définition d’ARABIDOPSIS : Arabidopsis thaliana est une plante de la famille des Brassicacées (Crucifères) à laquelle appartiennent de nombreuses espèces cultivées utilisées dans l'alimentation (chou, navet, radis, raifort, moutarde etc.). C'est une plante herbacée de 10 à 15 cm de haut à l'état adulte. L'ensemble de ces caractéristiques (nombreuses mutations, culture facile, croissance rapide, petite taille, autopollinisation, descendants nombreux, petit génome) ont conduit la communauté scientifique internationale à faire de cette plante le représentant des végétaux chlorophylliens vasculaires parmi les organismes modèles utilisés en génétique.

- Pour les Arabidopsis :

Des gènes de la famille AtPUP1 (A. thaliana purine permease 1) = COTRANSPORTEUR / H+! Le gène AtPUP1 possède une séquence 1251 paires de bases avec environ 356 acides aminées et 10 domaines transmembranires putatifs. ! Ce gène est exprimé dans TOUS LES ORGANES (feuilles, tiges et fleurs) mais n’est pas exprimé dans LES RACINES. ! Ce gène est impliqué dans la translocation des cytokinines produit dans les racines, conduit par la sève brute aux tissu de la plantes. ! = AtPUP1 EST UN TRANSPORTEUR DES RACINES VERS LES TISSUS DE CYTOKININES ! Il est aussi impliqué dans la récupération des cytokinines lors de la gustation! Définition du phénomène de guttation La guttation est l'apparition de gouttelettes d'eau à l'extrémité des feuilles des végétaux vasculaires herbacés à la fin de la nuit. Il ne faut pas confondre ces gouttes avec la rosée. Ce phénomène est dû à la pression racinaire : la nuit, en l'absence de transpiration pour aspirer l'eau vers les feuilles, les racines continuent à absorber activement les minéraux du sol. Ces minéraux, piégés dans la plante, entraînent par osmose une entrée d'eau.Equilibrative mucleoside transporteur (ENT) ce sont des transporteurs de forment nucléosides

AtPUP1 est localisé au niveau des cellules de l’épitheme des hydathodes. ! Les hydathodes contiennent du stomate, de l’épithème ainsi que de l’extrémité de la nervure. ! Il existe aussi le gène AtPUP2 (purine permease 2) à l’origine de l’expression localisée dans le phloème des feuilles, un RÔLE DANS LE CHARGEMENT DU PHLOÈME. ! Le gène AtPUP3 à l’origine de l’expression du pollen, joue un RÔLE DANS LA GERMINATION ET L’ÉLONGATION DU TUBE POLLINIQUE.!

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BILAN DES DIFFÉRENTS GÈNES ET LEUR RÔLE :! Nom

AtPUP1

AtPUP2

AtPUP3

Localisation

cellules de l’épitheme des hydathodes

phloème des feuilles

pollen

Rôle

guttation

chargement du phloème

germination et élongation du tube pollinique

- Equilibrative nucleoside transporter (ENT) :

Ce sont des transporteurs à formes nucléosides! Pour Arabidopsis c’est AtENT1 à AtENT8. !

LA BIOSYNTHÈSE DES CYTOKININES ! - La biosynthèse directe (novo et interconversion) c’est la source principale de cytokinine, elle passe par la voie iPMP dépendante. C’est à dire à partir de bactéries DMAPP. ! Les DMAPP sont des donneurs de la chaine latérale : !

DMAPP + 5’ AMP —> (9R-5’P)iP c’est à dire iPRMP ! C’est la catalyse d’une DMAPP-AMP transférase! = isopentényl transférase (gène ipf) ! = prényltransférase ! $

-> formation du ribotide de l’iP, un nucléoside phosphate!

Pour les plantes supérieures : !

DMAPP + ATP/ADP AMP —> iPRTP/PRDP —> iPRMP !

IL y a 9 gène ipt dans le génome d’Arabdopsis : At UPT1 à 9.! $ -> Conversion en zéatine et autres formes de cytokinines !

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ACIDE MÉVALONIQUE ! L’acide mévalonique est un composé organique clé en biochimie. C’est le précurseur dans la voie métabolique. !

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- Synthèse indirecte des cytokinines des ARNt

Cela correspond au différent type de maturation subi par certains ARNt. ! Les cytokinines dans les chaînes de certains ARNt = ARNt CONTENANT DES CYTOKININES.! La présence des cytokinines dans l"‘ARNt entraine une modification de résidus spécifiques d’adénosine ainsi qu’un stabilisation de l’interaction codon anticodon lors de la traduction. ! L’isopentényl transferase spécifique des ARNt (DMAPP:tRNA transferase) ! Chez arabidopsis les gènes AtlPT2 et AtlPT9 sont à l’origine du transfert de l’isopentényl de l’IPP à adénosine située en 3’ de l’anticodon.!

Au bilan il faut retenir qu’il y a deux voies de synthèse des cytokinines : !

- novo ! - ARNt!

La voie le NOVO est nettement plus important dans la synthèse des cytokinines que la voie ARNt. !

DÉGRADATION DES CYTOKININES ! La voie d’oxydative des cytokinines oxydases (CKX). ! CKX sont des gènes il en existe 7 chez les Arabidopsis. C’est gènes joue probablement le rôle principal dans le contrôle du niveau de cytokinine dans la plante, c’est à dire : ! - oxydase à FAD (Flavine Adénine Dinucléotide) ! - protéine extracellulaire (peptide signal) ! C’est une conversion des cytokinines ! - perte de la chaine latérale (on rappelle que cette chaine latérale est essentielle pour l’activité biologique) !

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Mais quelles sont les cytokinines concernées, les substrats de préférentiels : !

$ -> iP, t-Z et ribosides respectifs soit (9R)iP, (9R)Z formes N-glucosides et forme conjuguées à l’alanine. ! Ce sont des cytokinines composé d’une chaine latérale isoprénique insaturée. La dégradation se traduit par une coupure oxydative au niveau du N6 de l’Adénine.! $ -> Dérivés (DiH)Z, Kinétine et BAP (chianes latérales saturées) et formes ribotes et Oglucosides. ! Ces formes sont résistantes à la cytokinine oxydase, leur dégradation se ferait par le biais d’autres voies : «"alternative enzymes"».! Ce principe de dégradation empêche l’accumulation des cytokinines à des niveau toxiques, permet également de régule le pool de cytokinines biologiquement actives. ! Expérience de 2001 de transgenèse avec un gène CKX de Zea mays. On observe alors une surexpression chez le tabac (transformation sens) et une réduction de la teneur en cytokinines endogènes (plusieurs formes).!

Mais quelles sont les conséquences phénotypiques : ! - Une croissance extrêment réduite des tiges, un taux de division diminué dans le méristème

apical. Mais également un nombre de cellules/feuille réduit mais partiellement compensé par la taille des cellules.!

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LES CYTOKININES ET LE CYCLE CELLULAIRE ! Un contrôle du cycle cellulaire : ensemble de mécanismes moléculaires ! - Les cyclin-dependent kinases CDK : cycle dit dépendant à la kinases (CDKs), c’est une protéines très conservées chez les eucaryotes. ! On retrouve cette protéine tout au long du cycle cellulaire : ! - CDK1 transition de G2 à M ! - CDK2 transition de G1 à S lors de la phase S ! - CDK3 transition de G1 à S! - CDK4 en G1 pour contrôler la décision d’entrer dans un nouveau cycle! - CDK6 en G1 pour contrôler la décision d’entrer dans un nouveau cycle! Attention CDK 5 et 7 sont des autres kinases intervenant chez les levures. !

- Les cyclines

C’est un complexe formé à parti de CDK et de cycline = sous unité régulatrice du complexe. Les cyclines confèrent une spécificité du substrat au complexe contenant une «"cycline box"» ou une «"miotic destruction box"»! Il existe deux groupes de cyclins :! - groupe 1 = Mitotic cyclins ! $ $ B-type cyclins ou M cyclins : phase G2 à M ! $ $ A-type cyclins ou S cyclins : phase S! - groupe 2 = G1-cyclins! $ $ D-type cyclins G1 ! $ $ E-type cyclins fin G1 et début de phase S !

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